1、物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第1页第六章第六章 物流动态跟踪技术物流动态跟踪技术【学习目标】【学习目标】通过学习本章内容，理解和掌握GIS的基本涵义、特征及其组成，了解GIS的应用；理解GPS的概念，掌握GPS系统的组成及工作原理，了解GPS在物流业务中的应用。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第2页内容提要内容提要 地理信息系统（GIS）是一种采集、处理、传输、存储、管理、查询检索、分析、表达和应用地理信息的计算机系统，是分析、处理和挖掘海量地理数据的通用技术。全球定位系统（GPS）则是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。这两种技术将会给物流
2、运输带来极大的益处，使物流运输环节更加精确和具有可控性。本章共两节，第一节主要介绍地理信息系统的定义、功能、构成以及在物流领域中的应用；第二节介绍了全球定位系统概念、特点、组成和工作原理，并阐述了GPS在物流业务中的重要作用。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第3页第一节第一节 GISGIS技术技术 一GIS概述（一）GIS的定义。地理信息系统简称（Geographical Information System）。它是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是多种学科交叉的产物。地理信息系统是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究
3、和地理决策服务的计算机系统，具有以下三个方面的特征：1具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性；物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第4页第一节第一节 GISGIS技术技术 2以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息；3由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。（二）GIS的分类对GIS系统进行分类，在很大程度上是由用户不同的应用目标或任务要求决定的，各种系统的应用均反映了人类对现实世界利用改造
4、的能动作用。GIS按其内容可以分为以下三种类型：物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第5页第一节第一节 GISGIS技术技术 1专题地理信息系统（Thematic GIS）专题地理信息系统是具有有限目标和专业特点的地理信息系统，为特定的专门目的服务，如森林动态监测信息系统、水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统等。2区域地理信息系统（Regional GIS）区域地理信息系统主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。可以有不同规模，如国家级的、地区或省级的、市级或县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统，也可以按自然分区或流域为单位的区
5、域信息系统。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第6页第一节第一节 GISGIS技术技术 3地理信息系统工具（GIS-Tool）地理信息系统工具是一组具有图形图像数字化、存贮管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。这类系统可以是专门设计研制的，也可以是从实用地理信息系统中抽取掉具体区域或专题的地理空间数据后得到的。它具有对计算机硬件适应性强，数据管理和操作效率高、功能强，且具有普遍性并易于扩展、操作简便、容易掌握等特点。目前在国内较为流行的GIS-Tool如ESRI的ARC/INFO系统，MAPINFO公司的MAPINFO，武汉测绘大学研制的吉奥之星等。物流信息技术第
6、6章 物流动态跟踪技术第7页第一节第一节 GISGIS技术技术 （三）GIS的发展史1国际发展状况综观GIS发展，尤其是北美地区的实际情况，可将地理信息系统的发展分为以下几个阶段：（1）60年代为地理信息系统开拓期，注重于空间数据的地学处理。（2）70年代为地理信息系统的巩固发展期，注重于空间地理信息的管理。（3）80年代为地理信息系统大发展时期，注重于空间决策支持分析 物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第8页第一节第一节 GISGIS技术技术 （4）90年代为地理信息系统的用户时代。2国内发展状况 我国地理信息系统方面的工作自80年代初开始，以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一
7、个地理信息系统研究室为标志。地理信息系统进入发展阶段的标志是国家“七五计划”开始实施。地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。自90年代起，地理信息系统步入快速发展阶段。主要强调地理信息系统的实用化、集成化和工程化，力图使地理信息系统从初步发展时期的研究实验、局部实用走向实用化和生产化，为国民经济重大问题提供分析和决策依据。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第9页第一节第一节 GISGIS技术技术 二GIS的功能及构成（一）GIS的功能GIS的基本功能可分为数据输入、数据编辑、数据存储与管理、空间查询与空间分析、
8、可视化表达与输出五个方面。GIS的功能框图如图6-1所示。1数据输入 空间数据只有加工为适合的形式才能被GIS系统应用。将空间数据输入计算机的过程又称为数字化。2数据编辑数据编辑主要是指属性编辑和图形编辑。属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成，图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整修、图幅拼接、图形变换和误差校正等功能。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第10页第一节第一节 GISGIS技术技术 观察的现象，文件与地图数据获取原始数据数据编辑结构化数据查询与分析可视化表示数据库存储与检索展示与交互制图图6-1 GIS功能框图 物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第11页第一节第一节
9、 GISGIS技术技术 3数据管理 采用文件结构构造GIS数据对于小型应用已经足够，但当数据规模使用者人数急剧增长时，必须通过大型数据库系统进行严格有效的组织管理。4空间查询分析GIS提供从最简单的点击式查询（IDENTIFY）到辩证思维的空间分析方法，GIS最引人入胜的作用是通过各种假设分析来模拟区域内空间规律和发展趋势。在提供的空间分析工具中，以下几点最为重要。（1）邻近度分析（PROXIMITY）（2）叠加分析 物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第12页第一节第一节 GISGIS技术技术 5可视化表达输出 GIS的操作结果通过可视化的地图、影像、多媒体方式加以直观表达，例如，GIS可以
10、根据客户的需要输出全要素地图、各种专题图、统计图以及图片和数据等，这是GIS无与伦比的另一优势。（二）GIS的构成GIS由五个主要的元素所构成：计算机硬件、软件、数据、人员和方法。如图6-2所示。1计算机硬件 硬件包括计算机和网络设备、存储设备、数据输入、显示和输出的外围设备等。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第13页第一节第一节 GISGIS技术技术 图6-2 GIS的组成物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第14页第一节第一节 GISGIS技术技术 2软件GIS软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：（1）输入和处理地理信息的工具（2）数据库管理系统(DB
11、MS)（3）支持地理查询、分析和视觉化的工具（4）容易使用这些工具的图形化界面（GUI）3数据 GIS系统中最重要的部件是数据。地理数据和相关的表格数据可以自己采集或者从商业数据提供者处购买。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第15页第一节第一节 GISGIS技术技术 4人员 人是GIS系统的能动部分。人员的技术水平和组织管理能力是决定系统建设成败的重要因素。系统人员按不同分工有项目经理、项目开发人员、项目数据人员、系统文档撰写和系统测试人员等。各个部分齐心协力、分工协作是GIS系统成功建设的重要保证。5方法成功的GIS系统，具有好的设计计划和自己的事务规律，这些是规范的方法，而且对每一个企
12、业来说是具体的、独特的操作实践。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第16页第一节第一节 GISGIS技术技术 三GIS技术在物流中的应用 地理信息系统在最近的30多年内取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。其中，GIS在物流业务中的应用，主要是指利用GIS强大的地理数据功能来完善物流分析技术。国外公司已经开发出利用GIS为物流分析提供专门分析的工具软件。完整的GIS物流分析软件集成了车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模型、分配集合模型和设施定位模型等。物流信
13、息技术第6章 物流动态跟踪技术第17页第一节第一节 GISGIS技术技术 （一）车辆路线模型：用于解决一个起始点、多个终点的货物运输中如何降低物流作业费用，并保证服务质量的问题，包括决定使用多少辆车，每辆车的路线等。（二）网络物流模型：用于解决寻求最有效的分配货物路径问题，也就是物流网点布局问题。（三）分配集合模型：可以根据各个要素的相似点把同一层上的所有或部分要素分为几个组，用以解决确定服务范围和销售市场范围等问题。（四）设施定位模型：用于确定一个或多个设施的位置。在物流系统中，仓库和运输线共同组成了物流网络，仓库处于网络的节点上，节点决定着线路，如何根据供求的实际需要并结合经济效益等原则。
14、物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第18页第一节第一节 GISGIS技术技术 四、GIS的发展趋势 从系统角度看，在未来的几十年内，GIS将向着数据标准化（Interoperable GIS）、数据多维化（3D&4D GIS）、系统集成化（Component GIS）、系统多媒体化（MGIS）、平台网络化（Web GIS）和应用社会化（数字地球DE）的方向发展。（一）Interoperable GIS 互操作地理信息系统是GIS系统集成平台，它实现在异构环境下多个地理信息的系统或其应用系统之间的互相通信和协作，以完成某一特定任务。（二）3D&4D GIS 三维（四维）地理信息系统目前研究重点
15、集中在三维数据结构的设计，优化与实现，以及可视化技术的运用，三维系统的功能和模块设计等方面。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第19页第一节第一节 GISGIS技术技术 （3）Component GIS 面向对象和构件技术的地理信息系统是把GIS的功能模块划分为多个控件，每个控件完成不同的功能，通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终GIS应用。其主要特征是：1高效无缝的系统集成。2无须专门的GIS开发语言。3大众化的GIS。4Web GIS 是基于WWW的地理信息系统，它利用了Internet技术在Web上发布空间信息供用户浏览和使用。5多媒体GIS。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术
16、第20页第二节第二节 GPSGPS技术技术 一GPS概述（一）GPS的概念。GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，它是利用卫星星座（通信卫星）、地面控制部分和信号接收机对对象进行动态定位的系统。目前世界上在广泛采用的卫星定位系统是由美国军方研制并发射的GPS定位系统。由于GPS能对静态、动态对象进行动态空间信息的获取，能快速、准确反馈空间信息，因此，GPS广泛应用于船舶和飞机导航、对地面目标的精确定位、地面及空中交通管制、空间与地面灾害监测等。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第21页第二节第二节 GPSGPS技术技术 二）GPS的特点。GPS系统与其它
17、导航系统相比，具有以下的一些特点：1定位精度高 2观测时间短 3操作简便 4全天候作业 5抗干扰性能好、保密性强 6功能多、应用广 物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第22页第二节第二节 GPSGPS技术技术 （三）GPS的功能。1车辆、船舶跟踪 2信息传递和查询3及时报警4管理支持（四）GPS的发展史全球定位系统（GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第23页第二节第二节 GPSGPS技术技术 1973年美国国防部制定了GPS
18、计划。GPS实施计划共分三个阶段：第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第24页第二节第二节 GPSGPS技术技术 二GPS的组成与工作原理（一）
19、GPS的组成 GPS系统包括三大部分：GPS卫星星座（空间部分）；地面监控系统（地面控制部分）；GPS信号接收机（用户设备部分）。1.GPS卫星星座 由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。24颗卫星平均距离地球2万多千米，均匀分布在6个轨道平面内，这种分布可以保证在任何时刻全球的任何地区，都能够被4颗卫星所覆盖。在用GPS信号导航定位时，为了计算测量站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星（称为定位星座）。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第25页第二节第二节 GPSGPS技术技术 2.地面监控系统 卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预
20、定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统由分布在全球的若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。3.GPS信号接收机GPS信号接收机的任务是：捕获卫星信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测量站的三维位置，甚至三维速度和时间。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第26页第二节第二节 GPSGPS技术技术 常用的GPS信号接收机有汽车导航仪和GPS手持机。（1）汽车导航仪。汽车导航仪是集计算机、通信导
21、航、地图信息为一体的高科技产品，通常它都具备笔记本PC的基本功能，可以方便地驳接网络、发送传真和数据通信；并且内置GPS接收器，提供GPS天线接口，装载定位导航软件，利用接收到的GPS卫星信号为车辆提供全天候、全时域位置信息，并可以在屏幕上显示当时车辆运行情况。（2）GPS手持机。GPS手持机是利用GPS基本原理设计而成的，体积小巧、携带方便、独立使用的全天候实时定位导航设备，按用途可分为陆用型、空用型、海用型。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第27页第二节第二节 GPSGPS技术技术 （2）GPS的工作原理 要实现精确定位，要解决两个问题：其一是要确知卫星的准确位置；其二是要准确测定卫星
22、至地球上我们所在地点的距离。1怎样确知卫星的准确位置 首先，要通过深思熟虑，优化设计卫星运行轨道，而且，要由监测站通过各种手段，连续不断监测卫星的运行状态，适时发送控制指令，使卫星保持在正确的运行轨道。其次，将正确的运行轨迹编成星历，注入卫星，且经由卫星发送给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历，就可确知卫星的准确位置。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第28页第二节第二节 GPSGPS技术技术 2如何测定卫星至用户的距离 我们过去都学过这样的公式：时间X速度=距离。我们也从物理学中知道，电波传播的速度是每秒钟三十万公里，所以我们只要知道卫星信号传到我们这里的时间，就能利用速度乘时间等于距离
23、这个公式，来求得距离。所以，问题就归结为测定信号传播的时间。要准确测定信号传播时间，要解决两方面的问题。一个是时间基准问题，就是说要有一个精确的时钟。就好比我们日常量一张桌子的长度，要用一把尺子。假如尺子本身就不标准，那量出来的长度就不准。另一个就是要解决测量的方法问题。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第29页第二节第二节 GPSGPS技术技术 四GPS技术在物流中的应用 20世纪90年代以来，GPS在物流领域得到越来越广泛的应用，主要有如下几个方面：（一）用于汽车自定位、跟踪调度、陆地救援。（二）用于内河及远洋船队最佳航程和安全航线的测定、航向的实时调度、监测及水上救援。（三）用于空中交通管理、精密进场着陆、航路导航和监视。（四）用于铁路运输管理。（五）用于军事物流。物流信息技术第6章 物流动态跟踪技术第30页第二节第二节 GPSGPS技术技术 五GPS的发展趋势 GPS的应用已十分广泛，差不多涉及到国民经济的各个领域，尤其是近几年来向消费市场发展的势头强劲。GPS的发展具有如下特点：（一）GPS是目前世界上发展的最快的三大信息产业之一；（二）GPS应用产品产业将成为国际八大无线产业之一；（三）GPS与GSM和CDMA的结合将成为全球通信导航界的热点。
